晶钻模态分析软件系列三锤击法模态实验

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锤击法在航空发动机部件模态试验中的常见问题浅析

锤击法在航空发动机部件模态试验中的常见问题浅析李勋;张东明;赵开宁【摘要】锤击法模态分析试验技术以其简便、经济、高效的优势在航空发动机强度振动试验领域中得到广泛应用.但由干试验模态分析中的影响因素较多,各因素间往往又相互制约,给模态试验带来一定难度.从测试方法、参数设置、参数识别等方面总结试验中的几个常见问题年加以分析,旨在提高试验质量,给广大工程技术人员以借鉴.【期刊名称】《航空发动机》【年(卷),期】2010(036)005【总页数】5页(P47-51)【关键词】航空发动机;试验;锤击法;模态试验;参数识别【作者】李勋;张东明;赵开宁【作者单位】沈阳发动机设计研究所,沈阳,110015;沈阳发动机设计研究所,沈阳,110015;沈阳发动机设计研究所,沈阳,110015【正文语种】中文1 引言试验模态分析技术作为研究机械结构动态特性的1种有效、可靠的分析手段，经过半个多世纪的发展，其工程应用十分普遍。

在航空发动机研制领域，由于部件结构的特殊性、复杂性，其振动特性试验有时难以用常规试验方法完成，简便的“锤击法”模态试验以其经济、直观和高效的优势在该领域的零部件振动特性试验中得到了广泛地应用。

由于试验模态分析中影响因素较多，其中涉及到边界条件的设定，激励点和响应点的分布与选择，激振力大小的确定以及各相关分析参数的设置等，各因素间往往又相互制约，给试验模态带来一定难度。

使用不同的测试方法和分析方法均会对最终结果产生影响，而且有时候由于使用了不合适的方法或参数设置，可能会出现误差甚至错误结果。

因此看似简单的锤击试验，其过程中的各环节或出现的问题都要引起工程技术人员的高度重视。

本文浅析了锤击法在航空发动机部件模态试验中的常见问题。

2 模态分析原理实际构件是1个无限多自由度系统。

在发动机结构分析中,通常将所研究的机械结构看成是质点、刚体、弹性体及阻尼器构成的系统,并将它离散成为有限多个相互弹性连接的刚体,变为有限多自由度系统。

Test.Lab操作指导书-锤击测试Impact-Testing

b操作指导书-锤击测试Impact-Testingb操作指南——锤击测试Impacting Testing2016年1月序言这个部分介绍b的锤击法测试Impact Testing模块的常用操作，工作界面的详细内容及略掉部分参见《LMS Test Lab帮助中译文_锤击测试Impact Testing》，主要针对目前能够进行且经常进行的实验。

因作者水平有限，讹误在所难免。

目录序言 (1)目录 (2)1.锤击测试Impact Testing概述 (1)1.1 工作界面 (1)1.2 模块功能 (1)1.3 锤击测试流程 (2)1.3.1 测试准备 (2)1.3.2 软件打开方法 (2)1.3.2 软件流程 (3)1.4 常见问题 (4)1.4.1 电脑与数采的网络连接 (4)1.4.2 软件无法启动 (4)2 文档Documentation与数据Navigator (6)2.1 文档 (6)2.1.1 工作界面 (6)2.1.2 常用操作 (7)2.2 数据 (8)3.通道设置Channel Setup (9)3.1 工作界面 (9)3.2 常用操作 (10)3.2.1 设置通道属性可见性 (10)3.2.2 力锤通道设置 (11)3.2.3 加速度传感器通道设置 (12)3.2.4 加载与保存通道设置 (14)3.3 术语简介 (15)3.3.1 通道类型 (15)3.3.2 输入通道Input Channels.. 164.校准Calibration (19)4.1 工作界面 (19)4.2 常用操作 (19)4.2.1 加速度传感器校准 (19)4.3 术语简介 (21)5.锤击示波Impact Scope (22)5.1 工作界面 (22)5.2 常用操作 (23)5.2.1 采样参数 (23)5.2.2 量程设定 (23)5.2.3 示波设置与观察 (24)5.2.4 触发设置 (25)5.2.5 其它 (25)5.3 术语简介....... 错误!未定义书签。

Artemis_ATP08_and_ME'scope_VES锤击法模态分析操作指南-牛维2012

FRF测试,参考的选择
H( f ) X ( f ) / F( f )
Response( roving response a column of FRF)
Excitation（roving Hammer a row of FRF)
H1
G fx Gff

F
k 1 m k 1
m
*
( f )X ( f )
设臵启动为Integrated Recorder
连接并检测硬件连接，点击上图中的图标，打开采集界面
FRF测试
选择前端，根据最大关心频率设臵主采样频率
进入Analyze界面
FRF测试
通道设臵：
1、根据配臵选择开启通道，配臵传感器，量程及DOF 量程需要反复调试，以保证信号的最大信噪比； 2、如果为多参考输入出，注意DOF的选择；
幅值
1阶模态 2阶模态 3阶模态梁加速度
Force Force Force Force Force Force Force Force Force Force 力Force
试验模态激励：
1、步进式正弦激励法：从最低频率到最高频率选定足够数目离散的频率值，每次使用一个频率给出激励信号，测出该激励的稳定响应，在进行下一个频率；
频响函数固有频率、阻尼、振型
模态试验的基本假设
1、振动系统是线性的，满足叠加原理任何输入组合引起的输出等于各自输出的组合，在模态试验中首先检查结构的线性动态特性
2、振动系统是时不变的结构动态特性不随时间变化的 3、可观测性假设系统的动态特性所需要的全部数据都是可以测量的，这对选择响应的自由度非常重要 4、振动系统遵从Maxwell互易性原理在A点的输入所引起B点的响应等于B点的相同输入所引起的A点的响应

锤击法模态测试流程

锤击法模态测试流程锤击法模态测试可是个挺有趣的事儿呢，我来给你好好讲讲这个流程哈。

一、准备工作。

咱们先得把要用的设备都找齐喽。

像力锤这可是关键的家伙事儿，就像厨师的锅铲一样重要。

它有不同的锤头，咱得根据测试对象的特点来挑。

然后还有加速度传感器，这就像是测试对象的小耳朵，能把那些振动的信息都收集起来。

再就是数据采集仪啦，它负责把传感器听到的那些信息都记录下来呢。

除了设备，测试对象也得准备好呀。

要把测试对象放在一个相对稳定的地方，不能让它在测试的时候晃来晃去的，不然测出来的数据可就乱套了。

比如说要是测个小零件，就得把它稳稳地固定在一个夹具上。

要是测个大家伙，像大型机械结构啥的，那也得保证它周围没有太多干扰的东西。

二、传感器的安装。

传感器安装可是个细致活。

咱们得找个合适的地方把加速度传感器贴上去或者固定好。

这个地方呢，最好是能比较准确地反映测试对象的振动情况。

比如说如果是个梁结构，那可能在梁的中间或者两端安装传感器就比较合适。

安装的时候要小心哦，不能把传感器弄坏了。

要是不小心把传感器搞坏了，就像战士上战场没带枪一样，整个测试就没法好好进行啦。

而且要保证传感器和测试对象接触良好，这样它才能准确地感受到振动呢。

三、力锤的敲击。

力锤敲击这一步很有讲究呢。

咱们拿力锤敲测试对象的时候，不能乱敲一气。

要选择合适的敲击点，一般来说呢，要均匀地在测试对象的不同位置敲。

敲的时候力度也得控制好，不能太轻，太轻了传感器可能都感觉不到振动的变化；也不能太重，太重了可能会对测试对象造成损伤，就像你打一个小宠物，下手太重可不行。

而且每次敲击的方向也要尽量保持一致，这样测出来的数据才更有可比性。

四、数据采集。

当我们用力锤敲的时候，数据采集仪就开始工作啦。

它会把传感器传过来的振动信号和力锤敲击的力信号都记录下来。

这个过程就像是一个小秘书在认真地做会议记录一样，不能出一点差错。

要保证采集到的数据是完整的，没有丢失或者错误的部分。

在采集数据的时候呢，可能还需要设置一些参数，像采样频率这些，要根据测试对象的特性和测试的要求来设置好，不然采集到的数据可能就不准确啦。

一种快速方便的试验模态分析方法锤击法

的颡响函数可以写成：
＝耋［一］
㈣
它表示自由度６处激励，自由度 “ｎ处的响应，其互易关系也成立，即
一
＝
＝
由于方程（６）中每一模态仅用２个复参数来描述频响函数，因此该方程在模态分析中特别有用。利用方程（６），对测量得到的频响数据采用曲线拟合方法即可获得第ｒ阶模态的极点
和留数尼（ｎ．６）的数值．实际上，一组测量得到的频响函数确定了频响矩阵中的一行或一列。对于每一个频响函数进行曲线拟台即可得到留数矩阵［Ｒ］中的相应行或列，由此可求出模态向量｛舜｝。
因此，根据方程（６），通过对测量到的频响数据进行曲线拟合即可直接获得被测结构的模态模型，而每一模态的固有频率和阻尼比可通过方程（４）中的极点值计算出来。同时，模态向量也可由留数矩阵中的一行或一列推导出来。留数矩阵和频响矩阵都是对称的。即
求敲击力大小适当。力太小就会降低信噪比，而力太大
则会使结构出现非线性响应或信号失真。但是随着先进
信号分析仪的出现，锤击法的许多不足是可以克服的，
如对信号加窗、平均和弱小及太大信号的剔除等处理就

锤击法模态试验原理

29
你也可以...
使用弹性垫将测试结构支撑起来。弹性垫一般选择海绵之类具有弹性的材料。对于一些轻质结构，你甚至可以使用棉花糖来支撑。
30
加速度传感器
原则上，常用的加速度传感器都可以完成模态实验。但对于结构测试，我们还需要注意以下问题： ➢ 实验前注意传感器的有效频率范围； ➢ 尽量选择质量较轻的传感器，避免产生附加质量改变测试结构的特性； ➢ 模态激振器法中，较多的传感器可以节约移动测量所需要的试件；
不管吊什么，弹性绳都不可少
Tips：购买晶钻设备时可以提供您一套模态实验工具包
35
如何正确激励
应该移动力锤还是传感器
你应该会注意到，力锤法有移动力锤和移动传感器两种方式。从理论的角度来说，两种方法并没有什么区别，存在互易性，结果也是一致的。
但实际实验中，我们也要考虑到一些影响测量的现实因素： ➢ 移动传感器会改变结构的时不变性； ➢ 力锤不一定能方便地敲击到结构的所
1
我们为什么需要模态实验？
评价结构设计合理性
故障诊断和预报
识别设计的薄弱环节
获得合理的安装位置
2
验证有限元模型
模：态分析能得到什么？
共振频率
结构系统在受到外界激励产生运动时，将按特定频率发生自然振动，这个特定的频率被称为结构的固有频率。
阻尼比
阻尼比是无单位量纲，表示了结构在受激振后振动的衰减形式。
右下显示了平板的某一阶模态振型，红色的九个点被称为节点。同样，这九个点所采集的数据，是无法识别出这一阶模态的。
28
把测试结构悬挂起来
测试结构需要处于自由状态，采用弹性连接。在足够牢固的台架上，使用弹性绳悬挂测试结构。一般悬挂点选择在振幅较小的位置，最佳悬挂点应该是某阶振型节点。测试结构在激振方向要有一定行程。对强方向性结构，激振方向之外保持一定程度固定，避免大幅晃动。

锤击法测量梁构建的模态-工程振动matlab仿真分析

实验报告锤击法测量梁构建的模态姓名：***学号：***指导老师：***院系：***目录1. 实验目的 (1)2. 实验装置 (1)2.1 试件及传感器的布置 (1)2.2 采集系统设置 (2)3. 实验数据处理 (2)3.1 1号传感器与力锤的时域分析 (2)3.2 1号传感器与力锤的频域分析 (3)4. 1号传感器与力锤的频响函数估计 (5)4.1 H1估计 (5)4.2 H2估计 (6)4.3 H1、H2与频响函数之间的比较 (7)5. 估算模态参数 (8)5.1 固有频率、阻尼比的估算 (8)5.2 ANSYS建模进行模态分析 (8)5.3 振型图 (10)5.3.1 一阶振型 (10)5.3.2 二阶振型 (11)5.3.3 三阶振型 (11)1. 实验目的本实验采用LMS模态测试系统对某结构件固有频率进行测量，将实验数据进行处理。

（1）数据频谱分析，获取锤击信号及响应的幅频特性、相频特性、实频和虚频；（2）采用不同的频响函数估计方法对结构频响曲线进行估计，画出幅频、相频、实频、虚频和奈奎斯特图，并进行比较；（3）采用单自由度方法估计结构的频率、阻尼及振型。

2. 实验装置2.1 试件及传感器的布置图2.1.1 试件与传感器的布置图2.2 采集系统设置本次实验采用了锤击法，即用力捶敲击梁结构，采集梁结构振动的相关数据。

实验使用了5个加速度传感器，设置的采样频率：12800Hz，分别率：2HZ；锤击次数为8次，传感器和锤击点的方向设置为X正方向。

3. 实验数据处理3.1 1号传感器与力锤的时域分析图3.1.1 1号传感器与力锤时域图图3.1.2 第七次锤击振动信号时域图如图3.1.1所示，在分析数据后，发现锤击信号比较大，所以对其缩小十倍。

如图3.1.2所示是截取的第七锤的锤击信号。

3.2 1号传感器与力锤的频域分析图3.1.3 1号传感器与力锤频域分析后的幅频、相频图图3.1.4 1号传感器与力锤频域分析后的实频、虚频图图3.1.5 Nyquist图如图3.1.3所示，可以看出此次锤击实验激起了试件的五阶固有频率：一阶是400HZ ,二阶是1080HZ,三阶是2067HZ，四阶是3350HZ，五阶是4818HZ。

LMS_Test._lab_锤击法模态分析步骤

LMS b锤击法模态测试流程比利时LMS国际公司北京代表处技术支持：邓江华LMS Test. Lab锤击法模态测试及分析的流程在软件窗口底部以工作表形式表示，按照每一个工作表依次进行即可，如下图示。

１Documentation――可以进行备忘录，测试图片等需要记录的文字或图片的输入，作为测试工作的辅助记录，如下图示。

２Geometry――创建几何（参见创建几何步骤说明）３Channel setup――通道设置，在该选项卡中可进行数采前端对应通道的设置，如定义传感器名称，传感器灵敏度等操作。

４Calibration――对传感器进行标定５Impact scope――锤击示波，用来确定各通道量程６Impact setup――锤击设置，设置触发级、带宽、窗以及激励点选择７Measure――设置完成后进行测试以下为进行模态测试的流程。

步骤一：通道设置（Channel setup）假设已创建好了模型，传感器已布置完成，数采前端已连接完成。

通道设置窗口如下图示，在锤击法试验中，首先将力锤输入的通道定义为参考通道，其他为传感器对应的通道1——选取测试通道２——定义参考通道，通常为力锤输入的通道３——依次在ChannelGroupld中定义传感器测量类型（对加速度计和力锤则选vibration），在point中定义测点名称（也可对应为几何模型上的节点名，见后），在Direction中设置测点所测振动的方向，InputMode中设置传感器类型（通常为ICP，若为应变则选Bridge,若为位移则选Vlltage DC），在Measured Quantity中定义测量量（加速度、力、位移等），在Electrical Unit中定义输入量的单位，通常均为mv.另外若已经确定传感器的灵敏度则可在Actual Sensitivity中直接输入灵敏度值，否则可在Calibration工作表中进行标定。

注：通道设置中测点名称使用几何模型名称的方法步骤二：锤击示波（Impact scope）在该工作表中可设置测试的量程范围，以保证得到更精确的测试结果。

锤击法在模态分析技术中的研究

锤击法在模态分析技术中的研究摘要：本文重点介绍了试验模态分析的基本理论和试验建模的基本方法。

并通过一个具体的实例说明了锤击法在结构试验模态分析中的具体应用及其特点。

主题词：力锤，试验建模，模态分析1.引言振动测试与分析的是研究结构振动的一种重要的实验方法。

模态分析是振动测试与分析的一种，它主要是通过某种激励方法，使试验对象产生一定的振动响应，继而通过测振仪器直接测量出激励与系统振动的响应特性或直接测量被测对象运转时的振动特性；然后通过一定的信号处理方法，如统计分析、谱分析、相关分析、频响函数分析等，进而确定被测对象的模态参数，如固有频率、阻尼比、振型等。

模态参数为结构物的固有参数，通过它就可能预言结构在某个频段内，在内部或外部各种振源作用下的实际振动响应，从而为结构的动态设计及故障诊断提供重要依据。

结构动力学研究中实验模态分析是一个重要的方面，而实验模态分析技术的基本过程为频率响应函数的测量和参数识别。

必须同时测出使结构产生振动的激励信号和结构的响应信号，才能得到频率响应函数。

激励的方法通常采用激振器和用锤头敲击。

锤击法相对来说设备简单，使用操作方便，特别适用于现场实验，因而应用范围越来越广泛。

1.锤击法的介绍2.1锤击法的基本原理对结构输入一个脉冲的力信号，激起结构微幅振动，同时测出力信号和响应（f），响应信号的自功信号(位移、速度、加速度）。

求出力信号的直功率谱Svv率谱Sxx （f），和力与响应信号的互功率谱Sv x（f）。

即可得出频率响应函数H（f）和相关函数rFx（f）。

（1）（2）单位理想脉冲，冲击持续时间为无穷小，用数学中的狄拉克函数表示为（3）它的傅里叶变换为（4）在锤击过程中由于材料的弹性，冲击持续时间不可能为无穷小，而是有限时间 ,因为脉冲力也不可能为无限大。

假定冲击过程中相互撞击的材料力为理想弹性体，其数学表达式可近似写作（5）它的傅里叶变换为（6）自功率谱函数（7）总能量W（8）2.2锤击法的注意事项2.2.1传感器的选择和安装由于传感器应用十分广泛，类型多种多样，在各行各业都有应用。

晶钻模态分析软件系列十二全功能Poly-X模态分析 (Premium Modal Analysis)

EDM-Modal 全功能模态分析（Premium Modal Analysis）包括所有标准模态分析和高级模态分析的功能，在此基础上它提供了Poly-X模态参数估计方法。

Poly-X是频域模态参数估计方法。

这种曲线拟合方法比先前用于估计测试结构的模态特征的方法更快更清晰。

下图显示，使用相同的频段和相同数量的模态，Poly-X曲线拟合器提供了更清晰的稳态图，并具有更少的计算模型。

这使得用户更容易选择稳定的极点来提取固有频率，阻尼，并最终提取被测结构的模态振型。

★Poly-X模态参数识别算法特征：①基于频域的估算方法②可用于单参考点或多参考点FRF数据集③更快更有效的曲线拟合方法④更清晰的稳态图⑤较少的计算模型⑥更容易选择稳定极点★EDM Modal模态支持的功能如下：①几何模型的创建/编辑/导入/导出/动画。

②工作变形分析(ODS)③锤击法模态实验④SIMO与MIMO FRF模态测试⑤SIMO正弦扫频模态测试⑥SIMO与MIMO步进正弦模态测试⑦工作模态测试，SSI模态识别算法⑧多参考点模态分析Poly-X (p-LSCF) 模态分析杭州锐达数字技术有限公司是美国晶钻仪器公司中国总代理，专注于振动控制、数据采集、模态分析、动态信号分析、故障诊断、综合环境测试领域，产品包括手持一体化动态信号分析仪、多通道动态数据采集系统、振动控制系统、多轴振动控制系统、三综合试验系统和远程状态监测系统，解决方案包括NVH测试、新能源电池测试、结构模态分析、故障诊断监测、机械性能测试、转子动力学测试、疲劳可靠性测试、综合环境测试。

更多详情请拨打联系电话或登录杭州锐达数字技术有限公司咨询。

模态分析的相关介绍

工程数据管理(EDM)是实现对晶钻仪器公司所有硬件的实时数据管理和处理的PC软件。

它的结构清晰，界面友好，功能丰富，操作简单方便。

EDM模态分析一个完整的包括模态测试和分析的实验模态分析(Experimental Modal Analysis (EMA))流程。

基于当代流行的模态分析理论和技术开发，操作流程直观且简单，它是实现模态分析实验得力的工具。

支持用户实现数百个测量点和多个激励点的高度复杂的模态分析，无论模态测试是多么复杂，EDM模态软件都提供准确的工具来实现您的目标。

为了成功获得测试数据，实验之前需要在测试模型上规划出所有测点的自由度（DOFs）。

几何编辑器提供多种坐标系统，使用组件功能，可以简单地把各个子组件合并对一个几何模型。

在输入通道设置界面，设置所有通道对应的测点和它们的坐标方向。

测试开始后，所有的测试测点都会被测量，并以包含激励和响应自由度的信号名称保存。

模态参数识别是模态分析的核心，EDM模态分析为其提供了多种拟合方法。

最小二乘复指数法(The Least-Squares Complex Exponential (LSCE))用于获取单参考点频响函数(FRF)的极点(包括频率和阻尼)。

而多参考点(多输入/多输出或者MIMO)测试，则使用相应的多参考时域分析法(Poly-Reference Time Domain，PTD)。

动画模块是为了动态展示模态振型的模块，允许用户通过3D动画显示模态振型到几何模型。

通过不同颜色标识动画的振动幅度。

自由变形(FFT)提供增强模式的动画，比点动画更平滑更逼真。

使用同一个几何模型，工作变形分析(ODS)可动画显示所选择的时域和频域响应数据到几何模态。

EDM模态支持的应用如下：●几何模型的创建/编辑/导入/导出/动画●工作变形分析(ODS)●锤击法模态实验●单个或多个模态激振器模态试验●单参考点模态分析●多参考点模态分析●导出测试报表到Word几何模型编辑（Geometry）EDM模态几何模型编辑/ODS/动画三个模块是EDM模态分析软件的基础模块，包含在每个EDM模态系统。

钻床试验模态分析实验报告

钻床试验模态分析实验报告摘要：为对钻床进行试验模态分析，本实验采用锤击法采集数据并利用DASP软件进行分析获得钻床振动的各阶频率、阻尼比和振型，然后通过对钻床各阶模态振型的观察，找到钻床结构的薄弱环节，并对其进行优化设计。

关键词：钻床模态分析各阶振型优化设计引言：众所周知钻床工作时会产生振动，振动不仅会影响钻床的动态精度和被加工零件的质量，而且还会降低生产效率和刀具的耐用度，振动剧烈时甚至会降低钻床的使用性能，伴随振动所发出的噪音会影响钻床工人的健康。

随着我国钻床工业的飞速发展，钻床的振动问题也越来越引起人们的重视，如何找到钻床振动的薄弱环节并进行改进尤为重要。

1．钻床模态分析方法1.1模态测试与分析系统流程号图1本次试验采用多点敲击，单点测量的锤击法，这种测试方法的力频谱较宽，速度快，测试设备简单，灵活性大，特别适合于现场实验。

具体操作是: 在被测构件上布置一些点，在这些点上依次施加激振力( 每点激振3次)，测量固定测点的响应，激励信号和响应信号分别经过放大器放大后，通过测振仪输入数据处理和分析系统进行分析处理，得到反映该两点间激振力和响应的传递函数，进一步进行参数识别得到钻床振动的各阶频率、阻尼比和振型。

1.2模态分析原理模态分析方法是把复杂的实际结构简化成模态模型，来进行系统的参数识别。

从而大大地简化了系统的数学运算。

通过实验测得实际响应来给出响应的模型，使其成为实际结构的最佳描述。

将一个连续体离散化处理，其结构特性可由N 阶矩阵微分方程描述：(t)Mx Cx Kx f ++=(t)f 为N 维激振力向量；x 、x 、x 分别为N 维位移、速度和加速度响应向量；M 、K 、C 分别为结构的质量、刚度和阻尼矩阵，为对称矩阵。

设系统的初始状态为零，拉氏变换可得：2()()Ms Cs K X s F s ⎡⎤++=⎣⎦阻抗:2()Z s Ms Cs K ⎡⎤=++⎣⎦导纳：112()()H s Z s Ms Cs K --⎡⎤==++⎣⎦ 可得：()()()X s H s F s =令s j ω=，得到：()()()X H F ωωω=在频域中，2()Z K M j C ωωω=-+，利用实对称矩阵的加权正交性（φ为振型矩阵）T r M m φφ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦T r K k φφ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦T r C c φφ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦代入()Z ω表达式可得：1()T r Z z ωφφ--⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦（2=k r r r r z m j c ωω-+）因此1()()T r H Z z ωωφφ-⎡⎤⎢⎥==⎢⎥⎢⎥⎣⎦ 2221()()=()22N ri rj i r r ij r r r j r r r r r r r X k c H F m m m j φφωωωξωωωωξωω====⎡⎤-+⎣⎦∑ 为了确定全部模态参数r r r ωξφ，只需测量频响矩阵的一列（对应一点激振，各点测量）或一行（对应依次各点激振，一点测量）就可以，本实验采取后者。

锤击法模态实验

锤击法简支梁模态实验一、实验目的1、测定直杆模态参数；2、模态分析原理及测试分析方法。

二、实验仪器安装示意图三、实验原理1、模态分析方法模态分析方法是把复杂的实际结构简化成模态模型，来进行系统的参数识别（系统识别），从而大大地简化了系统的数学运算。

通过实验测得实际响应来寻求相应的模型或调整预想的模型参数，使其成为实际结构的最佳描述。

可以用于振动测量和结构动力学分析。

可测得比较精确的固有频率、模态振型、模态阻尼、模态质量和模态刚度。

可用模态实验结果去指导有限元理论模型的修正，使计算机模型更趋于完善和合理。

2、模态分析基本原理（略）3、模态分析方法和测试过程（1）激励方法为进行模态分析，首先要测得激振力及相应的响应信号，进行传递函数分析。

然后建立结构模型，采用适当的方法进行模态拟合，得到各阶模态参数和相应的模态振型动画，形象地描述出系统的振动型态。

根据模态分析的原理，实际应用时，在结构较为轻小，阻尼不大的情况下，常用锤击法激振，即单击拾振法。

（2）结构安装方式在测试中使结构系统处于什么状态，是试验准备工作的一个重要方面。

本实验使试件处于自由状态。

即使试验对象在任一坐标上都不与地面相连接，自由地悬浮在空中。

如放在很软的泡沫塑料上或用很长的柔索将结构吊起而在水平方向激振，可认为在水平方向处于自由状态。

如果在我们所关心的是实际情况支承条件下的模态，这时，可在实际支承条件下进行试验，放在很软的泡沫上。

四、实验设备DH132型压电式加速度传感器DH5923动态信号测试分析仪LC13F02型力锤DHDAS控制分析软件五、实验步骤横梁如图下图所示，长（x向）500mm，宽(y向)40mm，欲使用多点敲击、单点响应方法做其z 方向的振动模态，可按以下步骤进行。

梁的结构示意图和测点分布示意图（1）测点的确定此梁在y、z方向尺寸和x方向（尺寸）相差较大，可以简化为杆件，所以只需在x方向顺序布置若干敲击点即可（采用多点敲击、单点响应方法），敲击点的数目视要得到的模态的阶数而定，敲击点数目要多于所要求的阶数，得出的高阶模态结果才可信。

实验十用锤击法测量简支梁的模态参数

实验十用锤击法测量简支梁的模态参数实验十用锤击法测量简支梁的模态参数一、实验目的1、了解测力法实验模态分析原理。

2、掌握用锤击法测试结构模态参数的方法。

二、实验系统框图图1-2-19 测试系统框图三、实验原理目前，结构的特性参数测量主要有三种方法：经典模态分析、运行模态分析（OMA）和运行变形振型分析(ODS)。

1、经典模态分析也称实验模态分析，它是通过给结构施加一个激振力，激起结构振动，测量结构响应及激振力之间的频率响应函数，来寻求结构的模态参数。

因此，实验模态分析方法也称测力法模态分析。

在测量频率响应函数时，可采用力锤和激振器两种激励方式。

力锤激励方式简单易行，特适合现场测试，一般支持快速的多参考技术和小的各向同性结构。

由于力锤移动方便，在这种激励方式下，一般采用的是多点激励，单点响应方式，即测量的是频率响应函数矩阵中的一行。

激振器激励时，由于激振器安装比较困难，多采用单点激励、多点响应的方法，即测量的是频率响应函数矩阵中的一列。

这种激励方式可使用多种激励信号，且激振能量较大，适合于大型或复杂结构。

2、运行模态分析与经典模态分析相比，不需要输入力，只通过测量响应来决定结构的模态参数，以此，这种分析方法也称为不测力法模态分析。

其优点在于无需激励设备，测试时不干扰结构的正常工作，且测试的响应代表了结构的真实工作环境，测试成本低，方便和快速。

测量能够被一次完成（快速，数据一致性好）或多次完成（受限于传感器的数量），若一次测量（一个数据组）时，不需要参考传感器。

而多次测量（多个数据组）时，对所有的数据组，需要一个或多个固定的加速度传感器作为参考。

3、运行变形振型分析中，测量并显示结构在稳态、准稳态或瞬态运行状态过程中的振动模式。

引起振动的因素包括发动机转速、压力、温度、流动和环境力等。

ODS分析包括时域ODS、频谱域ODS(FFT 或者Order)、非稳态升/降速ODS。

根据结构的阻尼特性及模态参数特征，模态分析可分为实模态分析和复模态分析。

锤击法模态测试流程

锤击法模态测试流程一、测试前的准备。

1. 设备方面。

咱得先把测试要用的设备都找齐喽。

那肯定少不了力锤呀，这力锤就像一个小鼓手，是用来给咱的测试对象“敲敲打打”的。

还有加速度传感器呢，它就像是个小耳朵，专门去听那些被敲击后的反应。

这些设备可得检查好，就像出门前检查自己的东西有没有带齐一样。

比如说力锤的锤头有没有松动呀，加速度传感器的线有没有破损之类的。

2. 测试对象。

再看看咱们要测试的东西，也就是测试对象。

得把它安置在一个合适的地方，这个地方要尽量减少外界的干扰。

要是测试对象是个小零件，那得把它稳稳地固定住，不能让它在被锤击的时候乱动。

要是个大家伙，也得找个相对稳定的支撑，就像给它找个舒服的小窝，这样测试出来的数据才准呢。

二、开始锤击测试。

1. 锤击点的选择。

接下来就到了锤击这个环节啦。

那锤击点的选择可重要了呢。

不能随便乱敲，就像我们不能在墙上乱钉钉子一样。

要根据测试对象的形状、结构来选择合适的锤击点。

比如说，如果是个长方体的东西，我们可以沿着它的棱边或者面的中心位置开始锤击，这样能让它比较均匀地受到力的作用，就像给它做个全身按摩一样。

2. 锤击力度。

锤击的力度也有讲究哦。

不能太轻，太轻了就像给它挠痒痒，测试对象可能都没什么反应，这样得到的数据就不准确啦。

也不能太重，太重了可能会把测试对象给弄坏呢，那可就不好了。

得找到一个合适的力度，这个力度要既能让测试对象有明显的反应，又不会对它造成伤害。

就像我们和朋友开玩笑的时候，力度要刚刚好，这样大家才都开心嘛。

而且每一次锤击的力度尽量保持一致，这样得到的数据才有可比性。

三、数据采集。

1. 传感器的工作。

在锤击的时候，加速度传感器就开始工作啦。

它会很灵敏地捕捉到测试对象因为锤击而产生的振动情况。

这时候就像它在跟我们悄悄说：“看，我听到了好多有趣的东西呢。

”这些捕捉到的数据就会被传输到我们的采集设备上。

2. 采集设备的设置。

采集设备也得设置好。

比如说采样频率呀，这个得根据测试对象的特性来定。

锤击法模态测试操作简要

锤击法模态测试操作简要第一部分现场仪器注意事项 (1)第二部分信号采集参数设置 (1)第三部分传递函数分析 (2)第四部分模态分析文件参数设置 (3)第五部分模态分析结构建模 (4)第六部分模态分析定阶 (5)第七部分模态分析拟合过程 (5)第八部分模态分析校验及动画 (7)第九部分自动报告及辅助功能 (8)第一部分现场仪器注意事项模态测试过程中，通过力锤敲击被测物体，侦查各通道仪器信号连接是否正常。

如异常，通常处理办法，排除法。

第二部分信号采集参数设置1、试验名、试验号、存盘路径及测点号设置测点号命名规则：响应点用数字来命名，激励点用字母加数字来命名，应避免重名。

重名会导致频响函数错误，做频响函数分析时，输入测点和输出测点关系不要搞错。

如在多点激励一点响应，或一点激励多点响应（只有一个响应传感器时），第一号点激励为“F1”，响应为“1”；则第n 号测点激励为“Fn”，响应为“n”,频响函数为“n”对“Fn”。

对单点激励多个响应传感器，如8个，第一次测量激励为“F1”，响应为“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”、“7”、“8”；第二次测量激励为“F2”，响应为“9”、“10”……“16”。

对前8 个频响函数，输入应选“F1”，9 到16 号频响函数，输入应选“F2”。

2、采样频率设置在满足采样定理基本要求基础上，可以根据经验初步估计采样频率，通过力锤试敲法、并采集一段数据，分析观察频谱特征，根据信号频谱结构特征进行合理设置采用频率。

3、标定值设置标定值：在使用DASP测试软件振动测试时，被测物体振动过程中的每个单位工程量值对应采集仪测得的电压值，即工程测试过程中的单位一。

计算方法：标定值CA=传感器灵敏度A﹡调理器增益K。

锤击法模态试验中移动力锤和移动传感器两种方法比较

锤击法模态试验，对比移动力锤固定传感器和移动传感器固定力锤两种方法优缺点锤击法模态试验可以分为两类：移动力锤固定传感器和移动传感器固定力锤。

每种方法都有各自的优点和缺点。

在一个方向上用PCB单轴加速度传感器做模态锤击试验，模态软件采用晶钻仪器模态分析软件EDM-Modal，当我们采用移动力锤固定传感器方法时得到频响函数FRF矩阵的一行，当采用移动传感器固定力锤方法时得到FRF矩阵的一列。

当得到FRF矩阵的一列时，我们可以交换每个FRF响应和激励的位置，从而得到FRF矩阵的一行。

接着用曲线拟合一列FRF矩阵元素，可以求得试验结构的模态参数。

然而，一些测试使用多个加速度计或在多个方向测量数据。

尽管基本原理和采用一个单轴加速度传感器相同，但在进行试验时必须确保FRF矩阵有完整的行或完整的列。

如果所得到的FRF矩阵不包含完整的行或完整的列，则无法得到结构的固有频率、振型和阻尼。

一个单轴和三轴加速度传感器的不同的锤击试验方法1.移动力锤固定传感器响应测量点固定在图1点3，力锤可以敲击整个结构任意位置。

这种方法的缺点是测量时间长。

另一个缺点是难以激励起复杂的被测结构的模态。

这种方法的优点是不会引入的附加质量效应。

图1 移动力锤试验2.移动传感器固定力锤激励点固定在图2点1，加速度传感器可以在整个结构上移动。

这种方法有助于激励起复杂的结构的模态。

如果使用多个加速度传感器可以缩短试验次数。

然而，移动传感器会引入附加质量效应，影响结果的准确性。

图2 移动传感器试验现在我们来看一个例子，目的是测试结构的三维模态。

获取一个结构的三维模态需要从三个方向获取数据。

1.移动响应点（三轴加速度传感器）固定激励点在固定点（如点1）对结构进行激励，移动三轴加速度传感器，采集结构在x、y和z三个方向上的响应，从而获得FRF矩阵完整的一列。

这个方法的优点是比较容易激励起结构的模态。

然而，移动三轴加速度传感器会产生质量附加效应。

为了减轻这种效应的影响，可以使用质量小的三轴加速度传感器。